JP5048108B2 - ワーク計測機能を有するワイヤカット放電加工機 - Google Patents

Description

本発明は、ワイヤカット放電加工機械に関し、特に、加工プログラムを使用して、その加工プログラムで加工されたワークの形状の計測を行うことが可能なワーク計測機能を有するワイヤカット放電加工機に関する。

ワイヤカット放電加工機で加工したワークの加工精度を確認したい場合、ワークの加工後に、１）マイクロメータなどでワークを測定する方法、２）ワークを機械から取り外し、別置きされている測定装置に取り付けてワークを測定する方法、３）加工プログラムに対する計測用のプログラムを用意してワークを測定する方法などがある。
上記２）や３）に関連する技術として、特許文献１には、加工したワークに対してタッチプローブを最適な方向より接触させ、得られた計測値を基に加工したワークの修正加工を行うようにした自己修正加工方法の技術が開示されている。

特開平６−１９０６８５号公報

上述した１）の場合では、加工終了〜測定の間に作業者がその場にいなければならない。また、２）の場合でも、作業者が居なければならず、さらにワークの脱着の段取り作業が必要になるため工数もかかってしまう。自動化するためには、ロボットなどのワーク移動手段を配置しなければならず、システム構成が膨張してしまう。３）の場合は、自動化・無人化が可能であるが、加工プログラムが変更されるたびに計測プログラムを作成する必要があり、大変手間がかかってしまう。
そこで本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、ワイヤカット放電加工機において、加工プログラムのブロックの解析結果を用い計測点と計測方向を算出し、該計測点と該計測方向に基づいて、前記加工プログラムで加工されたワークの形状を計測する機能を有するワイヤカット放電加工機を提供することである。

本願の請求項１に係る発明は、加工プログラムのブロックを解析する解析手段と、加工用電源電圧のワイヤ電極への印加をオン・オフ制御する手段を備え、加工プログラムに従ってワークを加工するワイヤカット放電加工機において、前記解析手段による前記加工プログラムのブロックの解析結果を用い計測点と計測方向を算出する算出手段と、前記算出手段により算出した計測点と計測方向とを記憶する記憶手段と、前記解析手段により解析された加工プログラムのブロックに従って、前記加工用電源電圧の前記ワイヤ電極への印加をオフにした状態で、前記ワイヤ電極を前記ワークに対して相対的に移動させる手段と、前記ワイヤ電極が前記ワークに対し相対的に移動し前記計測点に達したか否かを判断する判断手段と、前記判断手段により前記ワイヤ電極が前記計測点に達したと判断された場合、前記計測方向に前記ワイヤ電極を前記ワークに対して相対的に移動させる手段と、前記ワイヤ電極と前記ワークとの接触した時の前記ワークの端面の位置を検出する端面検出手段と、を備えることを特徴とするワイヤカット放電加工機である。

請求項２に係る発明は、前記計測点は、加工プログラムのブロックの始点と終点の中点、等分割点、あるいは該ブロックの始点からの所定距離の位置であることを特徴とする請求項１に記載のワイヤカット放電加工機である。
請求項３に係る発明は、前記計測方向は前記加工プログラムのブロックに記述される前記ワイヤ電極の前記ワークに対する相対的な移動方向とオフセット指令とから求めることを特徴とする請求項１または２のいずれか１つに記載のワイヤカット放電加工機である。 請求項４に係る発明は、前記ワークに接触させる前記ワイヤ電極に替えて、前記ワークに接触させ該ワークに接触したことを検知する計測プローブを用い、前記端面検出手段は、前記計測プローブが前記ワークに接触したことを検知した時の該ワークの端面の位置を検出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のワイヤカット放電加工機である。

本発明により、ワイヤカット放電加工機において、加工プログラムのブロックの解析結果を用い計測点と計測方向を算出し、該計測点と該計測方向に基づいて、前記加工プログラムで加工されたワークの形状を計測する機能を有するワイヤカット放電加工機を提供できる。

本発明が適用されるワイヤカット放電加工機本体の概略構成図である。 ワイヤカット放電加工機本体を制御する数値制御装置の概略構成図である。 メインプログラムの一例を説明する図である。 サブプログラムの一例を説明する図である。 加工例であるダイ形状（メス型）を説明する図である。 オフセット指令を説明する図である。 測定方向の計算を説明する図である。 ブロック中点位置を計測点とする場合を説明する図である。 ブロック始点から指定距離離れた位置を計測点とする場合を説明する図である。 本発明に係るワーク計測機能を実現する処理のアルゴリズムを説明する図である（その１）。 本発明に係るワーク計測機能を実現する処理のアルゴリズムを説明する図である（その２）。 上ワイヤガイドに測定機器を取り付けた本発明の実施形態を説明する図である。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
本発明のワーク計測機能を有するワイヤカット放電加工機は、ワイヤ電極１を使用してワーク２の端面を計測する。ワイヤ電極１がワーク２の加工端面に接触したとき、ワーク２との間で同電位になることを利用し、その時の位置を数値制御装置５０から取得することでワーク２の端面の位置情報を取得できる。

図１は、本発明が適用されるワイヤカット放電加工機本体３０の概略構成図である。ワイヤ電極１が巻かれたワイヤボビン１１は、送り出し部トルクモータ１０で、ワイヤ電極１の引き出し方向とは逆方向に指令された所定低トルクが付与される。ワイヤボビン１１から繰り出されたワイヤ電極１は、複数のガイドローラを経由し（図示せず）、ブレーキモータ１２により駆動されるブレーキシュー１３により、ブレーキシュー１３とワイヤ電極送りモータ（図示せず）で駆動されるフィードローラ１９の間の張力が調節される。ブレーキシュー１３を通過したワイヤ電極１は、上ワイヤガイド１４、下ワイヤガイド１５、下ガイドローラ１６を経由し、ピンチローラ１８とワイヤ電極送りモータ（図示せず）で駆動されるフィードローラ１９で挟まれ、ワイヤ電極回収箱１７に回収される。

次に、図２を用いてワイヤカット放電加工機本体３０を制御する数値制御装置（ＣＮＣ）５０を説明する。ワイヤカット放電加工機本体３０は、数値制御装置（ＣＮＣ）５０によって制御され、ワークの加工を行う。数値制御装置５０は、プロセッサ（ＣＰＵ）５１、ＲＡＭ、ＲＯＭなどのメモリ５２、表示用インタフェース５３、表示装置５４、キーボードインタフェース５５、キーボード５６、サーボインタフェース５７、サーボアンプ５８、外部機器からの信号を受けるインタフェース６０を備えている。そして、前記各要素はバス６１を介して相互に接続されている。３０はワイヤカット放電加工機本体であり、加工電源も含まれている。本発明書では、外部機器３２としてワイヤ電極１とワーク２との接触・非接触状態を検出する手段として説明する。

図示しない電圧印加手段によって微弱な電圧が印加されたワイヤ電極１がワーク２に接触したとき、ワイヤ電極１とワーク２とが同電位になることを検出することによって、ワイヤ電極１とワーク２との接触を検知できる。数値制御装置５０は、接触を検知した情報をインタフェース６０を介して取得することができる。

サーボモータ３１はサーボアンプ５８によって駆動される。なお、図では、サーボモータ３１，サーボアンプ５８が各１つしか示されていないが、駆動軸の数に応じて複数のサーボモータ，複数のサーボアンプを意味している。そして、サーボモータ３１には、各軸の位置を検出し、数値制御装置５０に各軸の位置情報をフィードバックするための位置検出装置が取り付けられている。したがって、ワイヤ電極１とワーク２とが接触したときのワイヤ電極１の位置情報を取得することができる。

加工用電源を含むワイヤカット放電加工機本体３０は、インタフェース５９を介して制御される。加工プログラムをスタートすると、インタフェース５９を介して加工電源ＯＮの指令がなされる。加工電源をＯＦＦする場合にもインタフェース５９を介してワイヤカット放電加工機本体３０に指令される。数値制御装置５０は、インタフェース６０を介して外部機器３２からワイヤ電極１とワーク２とが接触したときの検出信号を取得する。

次に、図３に示されるメインプログラムの一例、および、図４に示されるサブプログラムの一例を用いて、本発明に係るワーク計測機能を有するワイヤカット放電加工機の加工動作および計測動作を説明する。

まず、図３に示されるＯ０００１（メインプログラム）を説明する。
Ｎ０１ Ｍ１０１（計測無効）
Ｎ０２ Ｍ９８Ｐ０００２（加工）
Ｎ０３ Ｍ１０２（計測有効）
Ｎ０４ Ｍ９８Ｐ０００２（計測）
Ｎ０５ Ｍ１０３（結果チェック＆オフセット値更新）
Ｎ０６ ＩＦ［♯１００ＥＱ１］ＧＯＴＯ０１
Ｎ０７ Ｍ３０（プログラムエンド）
Ｎ０１〜Ｎ０７の各ブロックの意味は（）内に記載したとおりである。なお、ブロックＮ０６で、♯１００はプログラム再開フラグを表すマクロ変数である。プログラム再開フラグが１（１はオンを意味する。）の場合に、ブロックＮ０１から再実行する。プログラム再開フラグのオンとオフの切り換えは、ブロックＮ０５のＭ１０３のコードで実行される結果チェックに基づいて行われる。また、ブロックＮ０４（計測）で示されるように、加工で用いられるサブプログラム（Ｏ０００２）を呼び出し、ワイヤ電極１のワーク２に対する相対的な移動制御に用いる。

次に、図４に示されるＯ０００２（サブプログラム）を説明する。
Ｎ１０１ Ｇ９２Ｘ０Ｙ０
Ｎ１０２ Ｇ９０Ｇ４２
Ｎ１０３ Ｙ１０
Ｎ１０４ Ｘ１０
Ｎ１０５ Ｙ−１０
Ｎ１０６ Ｘ−１０
Ｎ１０７ Ｙ１０
Ｎ１０８ Ｘ０
Ｎ１０９ Ｇ４０Ｙ０
Ｎ１１０ Ｍ９９
Ｇ９２はワーク座標系設定指令、Ｇ９０はアブソリュート指令、Ｇ４２はオフセット指令、Ｇ４０はオフセットキャンセル指令、Ｍ９９サブプログラムエンドを意味する。

図５は、図３に示されるプログラムによって加工された加工例であるダイ形状（メス型）を説明する図である。まず、プログラムＯ０００１に従って通常通り加工を実行する。図３に示されるように、サブプログラム呼び出し前であってワークの加工開始前のブロックに計測無効のＭコードを実行しておく。

ワーク２の加工終了後、計測有効用のＭコードを実行する。先ほど呼び出したサブプログラムＯ０００２（図４）を再度呼び出す。計測有効の場合は、計測ポイントを探しながら、無放電状態でサブプログラムを実行していく。計測点の設定は、（１）ブロックの中点位置から実行、（２）ブロック開始点から指定距離毎に実行の２種類を選択可能とする。前記（１）および前記（２）の場合とも、オフセットが有効になった以降のブロックで計測動作を行うこととする。

ブロックの開始時に、そのブロックの始点座標と終点座標からブロック長を計算する。ブロック内のワイヤ電極１の移動位置が計測点になると、一旦プログラム運転を停止する。オフセットをキャンセル方向が計測方向となるが、具体的には、そのブロックの始点と終点、および、オフセット方向（Ｇ４１あるいはＧ４２）に基づき計測方向を計算する。

図６は、オフセット指令を説明する図である。Ｇ４０はオフセットをキャンセルする指令であり、この場合、ワイヤ電極１はプログラムされた経路を移動する。Ｇ４１はオフセット左の指令であって、ワイヤ電極１の進行方向左側へオフセットする指令である。Ｇ４２はオフセット右の指令であって、ワイヤ電極１の進行方向右側へオフセットする指令である。オフセットする際には数値制御装置５０の記憶装置に予め設定されているオフセット量を読み出して用いるか、本発明においては、オフセット量を計算し、計算して求めたオフセット量により、既に記憶されていたオフセット量を更新して用いる。

数値制御装置５０は、Ｇ４１あるいはＧ４２のオフセット指令をモーダル情報として有していることから、ワイヤ電極１が計測点に到達したときに、ワイヤ電極１をワイヤ電極１の計測経路（加工経路と同じ経路）の進行方向に向かって右側に移動させるか左側に移動させるかを特定することができる。つまり、オフセット指令がＧ４１（オフセット左指令）の場合には、その指令を打ち消す方向に計測方向をとればよく、オフセット指令がＧ４２（オフセット右指令）の場合には、その指令を打ち消す方向に計測方向をとればよい。そして、前記方法によって選ばれた方向であって、かつ、計測経路上のワイヤ電極１の移動方向ベクトルを基にそれと直交する方向を算出することによって、ワイヤ電極１のワーク２に対する相対的な移動方向を計算することができる。

計算後、測定シーケンスを実行する。この測定シーケンスは、ワイヤ電極１や測定機器２１（図１１参照）を用いて、ワーク２の端面の検出動作を行う。例えば、ブロックＮ１０５では、始点はＸ１０Ｙ１０、終点はＸ１０Ｙ−１０となる。従って、計測点Ｘ１０Ｙ０に向かってワイヤ電極１をワーク２に対して相対的に移動させればよい。

図７は、測定方向の計算を説明する図である。Ｏ０００１，Ｏ０００２に従って計測動作を行う場合を例として説明する。符号２００は、ワイヤ電極１の移動経路を表し、プログラムに指令された経路にオフセット量を加味したものである。符号２０２は、ブロックの中点を計測点とした場合の計測方向を表している。また、符号２０５はブロックの始点から指定距離離れた点を計測点とした場合の計測方向を表している。符号２００のワイヤ電極１の移動経路は、図４のプログラムで指定された経路にオフセット指令によるオフセット量を加味した経路である。したがって、計測動作においては、ワイヤ電極１をオフセット指令とは反対方向（図４のプログラムではオフセット指令はＧ４１であるから、オフセット指令Ｇ４２方向）に移動させる。

図８は、ブロック中点位置を計測点とする場合を説明する図である。図４に示されるサブプログラムＯ０００２を用いて説明する。符号２００は、プログラムのブロックに指令された加工経路を表し、符号２１０は、プログラムのブロックに指令された加工経路にオフセット指令によるオフセット量を加味したワイヤ電極１の移動経路を表している。

符号２０１はブロックＮ１０４におけるブロック中点位置を計測点としたときのワイヤ電極１のワーク２に対する相対的な移動方向を表し、符号２０２はブロックＮ１０５におけるブロック中点位置を計測点としたときのワイヤ電極１のワーク２に対する相対的な移動方向を表し、符号２０３はブロックＮ１０６におけるブロック中点位置を計測点としたときのワイヤ電極１のワーク２に対する相対的な移動方向を表す。ワイヤ電極１のワーク２に対する相対的な移動方向は、オフセット指令によるオフセットの方向と逆方向の関係にある。つまり、ワイヤ電極１がオフセット指令によってワーク２から離れる方向に移動させた状態から、ワイヤ電極１とワーク２とを接触させるために、オフセット指令の方向と逆方向にワイヤ電極１とワーク２とを相対的に移動させる。

図９は、ブロック始点から指定距離離れた位置を計測点とする場合を説明する図である。符号２０４，２０５，２０６，２０７は、各ブロックにおいてブロック始点から指定距離離れた位置を計測点とする実施形態を説明している。符号２００は、プログラムのブロックに指令された加工経路を表し、符号２１０は、プログラムのブロックに指令された加工経路にオフセット指令によるオフセット量を加味したワイヤ電極１の移動経路を表している。

ワーク２の端面位置をワイヤ電極１のワーク２への接触によって検出するには、オフセットした経路上にあるワイヤ電極１をワーク２側に近づけることが必要である、つまり、加工のためにオフセットされた方向と逆方向にワイヤ電極１を移動させる必要がある。

図１０−１，図１０−２は、本発明に係るワーク計測機能を実現する処理のアルゴリズムを説明する図である。以下、各ステップに従って説明する。
●［ステップＳ１００］加工プログラムのブロックを読み込み、解析する。
●［ステップＳ１０１］計測が有効か否か判断し、有効である場合にはステップＳ１０２へ移行し、計測が有効でない場合にはステップＳ１２０へ移行する。
●［ステップＳ１０２］加工電源電圧の印加をオフにする。
●［ステップＳ１０３］加工プログラムのブロックを読み込み、解析する。
●［ステップＳ１０４］計測点および計測方向を算出する。
●［ステップＳ１０５］ワイヤ電極をステップＳ１０３で解析したブロックの経路に従って経路移動を開始する。
●［ステップＳ１０６］計測点に達したか否かを判断し、計測点に達していない場合には経路移動を継続し、計測点に達したらステップＳ１０７へ移行する。
●［ステップＳ１０７］ワイヤ電極の経路移動を停止する。
●［ステップＳ１０８］ステップＳ１０４で算出した計測方向へワイヤ電極の移動を開始する。
●［ステップＳ１０９］ワイヤ電極とワークとが接触したか否かを判断し、接触していない場合にはワイヤ電極の計測方向への移動を継続し、ワイヤ電極とワークとが接触したら、ステップＳ１１０へ移行する。
●［ステップＳ１１０］ワイヤ電極の計測方向への移動を停止する。
●［ステップＳ１１１］ワイヤ電極とワークとが接触した時の位置情報を取得し記憶装置に記憶する。
●［ステップＳ１１２］ワイヤ電極の位置を計測点へ戻す。
●［ステップＳ１１３］ワイヤ電極の経路移動を再開する。
●［ステップＳ１１４］ブロック終点か否か判断し、ブロック終点ではない場合には、ステップＳ１０６へ戻り、ブロック終点の場合にはステップＳ１１５へ移動する。
●［ステップＳ１１５］プログラム終了か否か判断し、プログラム終了の場合にはステップＳ１１６へ移行し、プログラム終了でない場合にはステップＳ１０３へ移行する。
●［ステップＳ１１６］計測結果を分析する。
●［ステップＳ１１７］加工精度は合格か否か判断し、合格の場合には処理を終了し、合格ではない場合にはステップステップＳ１１８へ移行する。
●［ステップＳ１１８］再加工可能か否か判断し、再加工可能である場合にはステップＳ１１９へ移行し、再加工不可能であれば処理を終了する。
●［ステップＳ１１９］オフセット値を更新するため、オフセット値を計算し、計算結果を新たなオフセット値として設定する。
●［ステップＳ１２０］加工電源電圧をオンする。
●［ステップＳ１２１］プログラムのブロックを読み込み、解析し、放電加工を実行する。
●［ステップＳ１２２］プログラムの終了か否か判断し、プログラムの終了ではない場合にはステップＳ１００へ戻り、プログラムの終了の場合には処理を終了する。

次に、図１１を用いて上ワイヤガイドに測定機器を取り付けた本発明の実施形態を説明する。図１〜図１０−１，図１０−２を用いて説明した実施形態では、ワイヤ電極１をワーク２の端面検出用のプローブとして用いた。ここでは、端面の検出プローブとして接触プローブなどの測定機器２１を用いる。ワイヤ電極１の位置に対する測定機器２１の相対的位置を特定することができるので、測定機器２１をワーク２の端面の検出位置に移動させるためには、ワイヤ電極１を移動させる経路を前記相対的位置をオフセットした経路を通って移動させる。

１ ワイヤ電極
２ ワーク
１０ 送り出し部トルクモータ
１１ ワイヤボビン
１２ ブレーキモータ
１３ ブレーキシュー
１４ 上ワイヤガイド
１５ 下ワイヤガイド
１６ 下ガイドローラ
１７ ワイヤ電極回収箱
１８ ピンチローラ
１９ フィードローラ
２０ 機構部
２１ 測定機器
２２ ワーク加工部
２３ 取り付け相対距離

３０ ワイヤカット放電加工機本体
３２ 外部機器

５０ 数値制御装置
５１ プロセッサ
５２ メモリ
５３ 表示用インタフェース
５４ 表示装置
５５ キーボードインタフェース
５６ キーボード
５７ サーボインタフェース
５８ サーボアンプ
５９ インタフェース
６０ インタフェース
６１ バス

Claims (4)

1. 加工プログラムのブロックを解析する解析手段と、加工用電源電圧のワイヤ電極への印加をオン・オフ制御する手段を備え、加工プログラムに従ってワークを加工するワイヤカット放電加工機において、
   前記解析手段による前記加工プログラムのブロックの解析結果を用い計測点と計測方向を算出する算出手段と、
   前記算出手段により算出した計測点と計測方向とを記憶する記憶手段と、
   前記解析手段により解析された加工プログラムのブロックに従って、前記加工用電源電圧の前記ワイヤ電極への印加をオフにした状態で、前記ワイヤ電極を前記ワークに対して相対的に移動させる手段と、
   前記ワイヤ電極が前記ワークに対し相対的に移動し前記計測点に達したか否かを判断する判断手段と、
   前記判断手段により前記ワイヤ電極が前記計測点に達したと判断された場合、前記計測方向に前記ワイヤ電極を前記ワークに対して相対的に移動させる手段と、
   前記ワイヤ電極と前記ワークとの接触した時の前記ワークの端面の位置を検出する端面検出手段と、
   を備えることを特徴とするワイヤカット放電加工機。
2. 前記計測点は、加工プログラムのブロックの始点と終点の中点、等分割点、あるいは該ブロックの始点からの所定距離の位置であることを特徴とする請求項１に記載のワイヤカット放電加工機。
3. 前記計測方向は前記加工プログラムのブロックに記述される前記ワイヤ電極の前記ワークに対する相対的な移動方向とオフセット指令とから求めることを特徴とする請求項１または２のいずれか１つに記載のワイヤカット放電加工機。
4. 前記ワークに接触させる前記ワイヤ電極に替えて、前記ワークに接触させ該ワークに接触したことを検知する計測プローブを用い、
   前記端面検出手段は、前記計測プローブが前記ワークに接触したことを検知した時の該ワークの端面の位置を検出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のワイヤカット放電加工機。

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